Linux新字符设备驱动开发方式
linux字符设备驱动开发模板中介绍了旧版本的驱动开发模板，其需要手动分配设备号后，再进行注册，驱动加载成功后还需要手动创建设备节点，比较麻烦。 目前linux内核推荐的新字符设备驱动api函数，可以自动分配设备号、创建设备节点，使得驱动的使用更加方便
1. 新字符设备驱动原理
1.1 分配和释放设备号
旧字符设备驱动开发中使用register_chrdev函数注册字符设备时，需要事先确定好主设备号，并且注册成功后，会将该设备号下的所有次设备号都使用掉
而新字符设备驱动api函数很好的解决了这个问题，使用设备号时再向内核申请，需要几个就申请几个，由内核分配设备可以使用的设备号
设备号申请函数：没有指定设备号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) //dev：保存申请到的设备号//baseminor：次设备号起始地址，一般为0//count：要申请的设备号数量//name：设备名字设备号申请函数：指定了主次设备号
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) //from：要申请的起始设备号//count：要申请的设备号数量//name：设备名字设备号释放函数：统一使用下面函数释放
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) //from：要释放的设备号//count：表示从from开始，要释放的设备号数量因此新字符设备驱动中，设备号分配代码通常按如下示例编写：
int major; /* 主设备号 */int minor; /* 次设备号 */dev_t devid; /* 设备号 */if (major) { /* 定义了主设备号 */ devid = mkdev(major, 0); /*大部分驱动次设备号都选择0*/ register_chrdev_region(devid, 1, test);} else { /* 没有定义设备号 */ alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, test); /*申请设备号*/ major = major(devid); /* 获取分配号的主设备号 */ minor = minor(devid); /* 获取分配号的次设备号 */}1.2 注册字符设备
linux中使用cdev表示字符设备，在include/linux/cdev.h中定义：
struct cdev { struct kobject kobj; struct module *owner; const struct file_operations *ops; //文件操作函数集合 struct list_head list; dev_t dev; //设备号 unsigned int count;};//编写字符设备驱动之前需要定义一个cdev结构体变量cdev_init函数：定义好cdev变量后，用该函数进行初始化
cdev_add函数：向系统添加字符设备(cdev结构体变量)
struct cdev testcdev;/* 设备操作函数 */static struct file_operations test_fops = { .owner = this_module, /* 其他具体的初始项 */};testcdev.owner = this_module;cdev_init(&testcdev, &test_fops); /* 初始化cdev结构体变量 */cdev_add(&testcdev, devid, 1); /* 添加字符设备 */cdev_del函数：卸载驱动时从内核中删除相应的字符设备
void cdev_del(struct cdev *p)//p：要删除的字符设备1.3 自动创建设备节点
旧字符设备驱动开发中，驱动程序加载成功后还需要使用mknod命令手动创建设备节点，十分麻烦。
而新字符设备驱动开发中，linux通过udev用户程序来实现设备文件的自动创建与删除。 udev会检测系统中硬件设备状态，并根据硬件设备状态来创建或者删除设备文件。
使用busybox构建根文件系统时，busybox会创建一个udev的简化版本mdev。 因此，在嵌入式开发中使用mdev来实现设备节点文件的自动创建与删除。 linux系统中的热插拔事件也由mdev管理，在/etc/init.d/rcs文件中有如下语句：
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug创建类：自动创建设备节点的工作是在驱动程序入口函数中完成的，一般在cdev_add之后添加相关代码
struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)//owner 一般为 this_module//name 是类名字//返回值是个指向结构体class的指针，也就是创建的类删除类：卸载驱动程序时需要删除类
void class_destroy(struct class *cls)//cls 就是要删除的类创建设备：类创建好后还不能实现自动创建设备节点，还需要在该类下创建一个设备
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...) //class 设备创建在哪个类下//parent 父设备，一般为null//devt 设备号//drvdata 设备可能会使用的数据，一般null//fmt 设备名字//返回值是创建好的设备删除设备：卸载驱动时需要删除创建的设备
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)//class 是要删除的设备所处的类//devt 是要删除的设备号1.4 设置文件私有数据
每个硬件设备都有一些属性，比如主设备号、类、设备、开关状态等等，在编写驱动时可将这些属性封装成一个结构体。 并在编写驱动open函数时将设备结构体作为私有数据添加到设备文件中：
/*设备结构体*/ struct test_dev{ dev_t devid; /*设备号*/ struct cdev cdev; /*cdev*/ struct class *class; /*类*/ struct device *device; /*设备*/ int major; /*主设备号*/ int minor; /*次设备号*/ }; struct test_dev testdev; /*open函数*/ static int test_open(struct inode *inode, struct file *filp) { filp->private_data = &testdev; /*设置私有数据*/ return 0; }综上所述，新字符设备驱动开发流程如下图所示：
2. 新字符设备驱动开发实验
新字符设备驱动开发实验是在linux字符设备驱动开发模板一文的基础上进行修改，只更改了驱动的编写方式，与应用程序无关，因此只修改驱动程序即可
2.1 驱动程序编写
添加定义：宏及字符设备定义
#define chrdevbase_cnt 1 //设备号个数#define chrdevbase_name chrdevbase //名字/*newchr设备结构体 */struct newchr_dev{ dev_t devid; //设备号 struct cdev cdev; //cdev struct class *class; //类 struct device *device; //设备 int major; //主设备号 int minor; //次设备号};struct newchr_dev chrdevbase; //自定义字符设备修改open函数：设置私有数据
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp){ printk(chrdevbase open!\\r\\n); filp->private_data = &chrdevbase; //设置私有数据 return 0;}修改init函数
static int __init chrdevbase_init(void){ /* 注册字符设备驱动 */ //1、创建设备号 if (chrdevbase.major) /* 定义了设备号 */ { chrdevbase.devid = mkdev(chrdevbase.major, 0); register_chrdev_region(chrdevbase.devid, chrdevbase_cnt, chrdevbase_name); } else /* 没有定义设备号 */ { alloc_chrdev_region(&chrdevbase.devid, 0, chrdevbase_cnt, chrdevbase_name); /* 申请设备号 */ chrdevbase.major = major(chrdevbase.devid); /* 获取分配号的主设备号 */ chrdevbase.minor = minor(chrdevbase.devid); /* 获取分配号的次设备号 */ } printk(chrdevbase major=%d,minor=%d\\r\\n,chrdevbase.major, chrdevbase.minor); //2、初始化cdev chrdevbase.cdev.owner = this_module; cdev_init(&chrdevbase.cdev, &chrdevbase_fops); //3、添加一个cdev cdev_add(&chrdevbase.cdev, chrdevbase.devid, chrdevbase_cnt); //4、创建类 chrdevbase.class = class_create(this_module, chrdevbase_name); if (is_err(chrdevbase.class)) { return ptr_err(chrdevbase.class); } //5、创建设备 chrdevbase.device = device_create(chrdevbase.class, null, chrdevbase.devid, null, chrdevbase_name); if (is_err(chrdevbase.device)) { return ptr_err(chrdevbase.device); } printk(chrdevbase init done!\\r\\n); return 0;}修改exit函数
static void __exit chrdevbase_exit(void){ /* 注销字符设备驱动 */ cdev_del(&chrdevbase.cdev);/* 删除cdev */ unregister_chrdev_region(chrdevbase.devid, chrdevbase_cnt); /* 注销设备号 */ device_destroy(chrdevbase.class, chrdevbase.devid); class_destroy(chrdevbase.class); printk(chrdevbase exit done!\\r\\n);}2.2 程序编译
程序编译包括驱动程序和应用程序编译两个部分：
驱动程序编译：创建makefile文件，使用make命令，编译驱动程序
kerneldir := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxicurrent_path := $(shell pwd)obj-m := newchrdev.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(make) -c $(kerneldir) m=$(current_path) modulesclean:$(make) -c $(kerneldir) m=$(current_path) clean应用程序编译：无需内核参与，直接编译即可
arm-linux-gnueabihf-gcc newchrdevapp.c -o newchrdevapp2.3 运行测试
为了方便，选择通过tftp从网络启动，并使用nfs挂载网络根文件系统。 确保开发板能正常启动，在ubuntu中将驱动和测试文件复制到modules/4.1.15目录中
在开发板中输入如下指令加载驱动模块
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令modprobe newchrdev.ko //加载驱动驱动加载成功后，可以看到自动申请到的主设备号和次设备号
使用ls /dev/chrdevbase -l命令验证该设备节点文件是否存在，而旧驱动方式需要额外使用mknod指令来手动创建该设备节点文件
驱动加载成功后，测试app程序，如下
测试完使用rmmod指令卸载驱动
以上可见linux新字符设备驱动开发方式可以自动分配设备号、创建设备节点，使得驱动的使用更加方便、便捷。
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隔离开关常见故障及处理
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1. 新字符设备驱动原理
1.1 分配和释放设备号
旧字符设备驱动开发中使用register_chrdev函数注册字符设备时，需要事先确定好主设备号，并且注册成功后，会将该设备号下的所有次设备号都使用掉
而新字符设备驱动api函数很好的解决了这个问题，使用设备号时再向内核申请，需要几个就申请几个，由内核分配设备可以使用的设备号
设备号申请函数：没有指定设备号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) //dev：保存申请到的设备号//baseminor：次设备号起始地址，一般为0//count：要申请的设备号数量//name：设备名字设备号申请函数：指定了主次设备号
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name) //from：要申请的起始设备号//count：要申请的设备号数量//name：设备名字设备号释放函数：统一使用下面函数释放
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) //from：要释放的设备号//count：表示从from开始，要释放的设备号数量因此新字符设备驱动中，设备号分配代码通常按如下示例编写：
int major; /* 主设备号 */int minor; /* 次设备号 */dev_t devid; /* 设备号 */if (major) { /* 定义了主设备号 */ devid = mkdev(major, 0); /*大部分驱动次设备号都选择0*/ register_chrdev_region(devid, 1, test);} else { /* 没有定义设备号 */ alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, test); /*申请设备号*/ major = major(devid); /* 获取分配号的主设备号 */ minor = minor(devid); /* 获取分配号的次设备号 */}1.2 注册字符设备
linux中使用cdev表示字符设备，在include/linux/cdev.h中定义：
struct cdev { struct kobject kobj; struct module *owner; const struct file_operations *ops; //文件操作函数集合 struct list_head list; dev_t dev; //设备号 unsigned int count;};//编写字符设备驱动之前需要定义一个cdev结构体变量cdev_init函数：定义好cdev变量后，用该函数进行初始化
cdev_add函数：向系统添加字符设备(cdev结构体变量)
struct cdev testcdev;/* 设备操作函数 */static struct file_operations test_fops = { .owner = this_module, /* 其他具体的初始项 */};testcdev.owner = this_module;cdev_init(&testcdev, &test_fops); /* 初始化cdev结构体变量 */cdev_add(&testcdev, devid, 1); /* 添加字符设备 */cdev_del函数：卸载驱动时从内核中删除相应的字符设备
void cdev_del(struct cdev *p)//p：要删除的字符设备1.3 自动创建设备节点
旧字符设备驱动开发中，驱动程序加载成功后还需要使用mknod命令手动创建设备节点，十分麻烦。
而新字符设备驱动开发中，linux通过udev用户程序来实现设备文件的自动创建与删除。 udev会检测系统中硬件设备状态，并根据硬件设备状态来创建或者删除设备文件。
使用busybox构建根文件系统时，busybox会创建一个udev的简化版本mdev。 因此，在嵌入式开发中使用mdev来实现设备节点文件的自动创建与删除。 linux系统中的热插拔事件也由mdev管理，在/etc/init.d/rcs文件中有如下语句：
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug创建类：自动创建设备节点的工作是在驱动程序入口函数中完成的，一般在cdev_add之后添加相关代码
struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)//owner 一般为 this_module//name 是类名字//返回值是个指向结构体class的指针，也就是创建的类删除类：卸载驱动程序时需要删除类
void class_destroy(struct class *cls)//cls 就是要删除的类创建设备：类创建好后还不能实现自动创建设备节点，还需要在该类下创建一个设备
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...) //class 设备创建在哪个类下//parent 父设备，一般为null//devt 设备号//drvdata 设备可能会使用的数据，一般null//fmt 设备名字//返回值是创建好的设备删除设备：卸载驱动时需要删除创建的设备
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)//class 是要删除的设备所处的类//devt 是要删除的设备号1.4 设置文件私有数据
每个硬件设备都有一些属性，比如主设备号、类、设备、开关状态等等，在编写驱动时可将这些属性封装成一个结构体。 并在编写驱动open函数时将设备结构体作为私有数据添加到设备文件中：
/*设备结构体*/ struct test_dev{ dev_t devid; /*设备号*/ struct cdev cdev; /*cdev*/ struct class *class; /*类*/ struct device *device; /*设备*/ int major; /*主设备号*/ int minor; /*次设备号*/ }; struct test_dev testdev; /*open函数*/ static int test_open(struct inode *inode, struct file *filp) { filp->private_data = &testdev; /*设置私有数据*/ return 0; }综上所述，新字符设备驱动开发流程如下图所示：
2. 新字符设备驱动开发实验
新字符设备驱动开发实验是在linux字符设备驱动开发模板一文的基础上进行修改，只更改了驱动的编写方式，与应用程序无关，因此只修改驱动程序即可
2.1 驱动程序编写
添加定义：宏及字符设备定义
#define chrdevbase_cnt 1 //设备号个数#define chrdevbase_name chrdevbase //名字/*newchr设备结构体 */struct newchr_dev{ dev_t devid; //设备号 struct cdev cdev; //cdev struct class *class; //类 struct device *device; //设备 int major; //主设备号 int minor; //次设备号};struct newchr_dev chrdevbase; //自定义字符设备修改open函数：设置私有数据
static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp){ printk(chrdevbase open!\\r\\n); filp->private_data = &chrdevbase; //设置私有数据 return 0;}修改init函数
static int __init chrdevbase_init(void){ /* 注册字符设备驱动 */ //1、创建设备号 if (chrdevbase.major) /* 定义了设备号 */ { chrdevbase.devid = mkdev(chrdevbase.major, 0); register_chrdev_region(chrdevbase.devid, chrdevbase_cnt, chrdevbase_name); } else /* 没有定义设备号 */ { alloc_chrdev_region(&chrdevbase.devid, 0, chrdevbase_cnt, chrdevbase_name); /* 申请设备号 */ chrdevbase.major = major(chrdevbase.devid); /* 获取分配号的主设备号 */ chrdevbase.minor = minor(chrdevbase.devid); /* 获取分配号的次设备号 */ } printk(chrdevbase major=%d,minor=%d\\r\\n,chrdevbase.major, chrdevbase.minor); //2、初始化cdev chrdevbase.cdev.owner = this_module; cdev_init(&chrdevbase.cdev, &chrdevbase_fops); //3、添加一个cdev cdev_add(&chrdevbase.cdev, chrdevbase.devid, chrdevbase_cnt); //4、创建类 chrdevbase.class = class_create(this_module, chrdevbase_name); if (is_err(chrdevbase.class)) { return ptr_err(chrdevbase.class); } //5、创建设备 chrdevbase.device = device_create(chrdevbase.class, null, chrdevbase.devid, null, chrdevbase_name); if (is_err(chrdevbase.device)) { return ptr_err(chrdevbase.device); } printk(chrdevbase init done!\\r\\n); return 0;}修改exit函数
static void __exit chrdevbase_exit(void){ /* 注销字符设备驱动 */ cdev_del(&chrdevbase.cdev);/* 删除cdev */ unregister_chrdev_region(chrdevbase.devid, chrdevbase_cnt); /* 注销设备号 */ device_destroy(chrdevbase.class, chrdevbase.devid); class_destroy(chrdevbase.class); printk(chrdevbase exit done!\\r\\n);}2.2 程序编译
程序编译包括驱动程序和应用程序编译两个部分：
驱动程序编译：创建makefile文件，使用make命令，编译驱动程序
kerneldir := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxicurrent_path := $(shell pwd)obj-m := newchrdev.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(make) -c $(kerneldir) m=$(current_path) modulesclean:$(make) -c $(kerneldir) m=$(current_path) clean应用程序编译：无需内核参与，直接编译即可
arm-linux-gnueabihf-gcc newchrdevapp.c -o newchrdevapp2.3 运行测试
为了方便，选择通过tftp从网络启动，并使用nfs挂载网络根文件系统。 确保开发板能正常启动，在ubuntu中将驱动和测试文件复制到modules/4.1.15目录中
在开发板中输入如下指令加载驱动模块
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令modprobe newchrdev.ko //加载驱动驱动加载成功后，可以看到自动申请到的主设备号和次设备号
使用ls /dev/chrdevbase -l命令验证该设备节点文件是否存在，而旧驱动方式需要额外使用mknod指令来手动创建该设备节点文件
驱动加载成功后，测试app程序，如下
测试完使用rmmod指令卸载驱动
以上可见linux新字符设备驱动开发方式可以自动分配设备号、创建设备节点，使得驱动的使用更加方便、便捷。
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